Тезисы к исследовательской работе "Можно ли услышать свет?"

МОЖНО ЛИ УСЛЫШАТЬ СВЕТ?

Сафронов Михаил Сергеевич

Научный руководитель Зуйкова Ирина Владимировна

МАОУ СОШ № 19, Московская область, г.о.Мытищи

Цель: объяснить и исследовать явление получения отчетливого звука при фотоакустическом эффекте, который возникает в момент освещения лампой накаливания закопченной наполовину и плотно закрытой крышкой с отверстием стеклянной банки.

Обоснование. Мы живем в мире вещества и предметов, которые можем видеть, слышать, осязать, обонять, пробовать на вкус. Но наш мир не только мир вещества, но и мир волн, заполняющих и пронизывающих все пространство.

Мы видим потому, что в глаза попадают световые волны; мы слышим потому, что в уши непрерывным потоком вливаются звуковые волны. Попадая в глаза, световые волны рождают ощущение света, сообщают о форме, цвете и размерах окружающих нас предметов; а звуковые волны, воздействуя на уши, рождают ощущение звуков и сообщают очень важные сведения об окружающем мире. Но глаза и уши это только приёмники волн.

Сетчатка глаза – приемник всех световых волн и импульсов. Именно в сетчатке глаза происходит переработка, трансформация световой энергии в электрический импульс, направляющийся в зрительные центры мозга.

Звуковые колебания улавливаются ушной раковиной и наружным слуховым проходом и направляются на барабанную перепонку. Они заставляют её колебаться. А колебания барабанной перепонки, в свою очередь, передаются молоточку, наковальне и стремечку, одновременно усиливаясь ими. Стремечко прикреплено к овальному окну преддверия внутреннего уха, а преддверие связано с улиткой, в перепончатом лабиринте которой расположено огромное количество мельчайших волосковых клеток, связанных с волокнами слухового нерва. Они вырабатывают электрохимические импульсы, которые через этот нерв передаются головному мозгу. Мозг принимает их и расшифровывает.

Однако природа создала органы, реагирующие на световые и звуковые волны, в отдельности. Поэтому мы не видим звук и не слышим свет.

Проблемный вопрос (гипотеза). Можно ли услышать свет?

Звук в космосе не распространяется. Но на научных сайтах в Интернете можно отыскать записи звучания Юпитера, Сатурна, Солнца и даже глубокого космоса. Как же так: звуки в космосе невозможны, но на Земле их можно слышать? В космосе звуки не распространяются потому, что через вакуум не распространяются механические колебания, которые может воспринять наш орган слуха – ухо. Однако в космосе в изобилии есть электромагнитные волны, которые беспрепятственно распространяются в вакууме: рентгеновские и гамма-излучения, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны. Например, сверхдлинные радиоволны вполне сравнимы по частоте c колебаниями воздуха, воспринимаемыми нашим ухом. Слышимый диапазон механических (звуковых) волн составляет 20 Гц - 20 кГц, а сверхдлинных электромагнитных – до 30 кГц, который почти целиком «вписывается» в звуковой диапазон.

Слышать электромагнитные волны мы не можем, но их можно принять антенной, усилить и передать на обычный динамик или в наушники. Значит – нужен приёмник световых волн и преобразователь.

Методы проведения исследования: наблюдение, изготовление приёмника и преобразователя световых волн, исследование зависимость  громкости  услышанного звука от различных параметров (светового потока, расстояния до лампы переменного тока, направления распространения света)

Объект исследования: преобразование световых волн в звуковые  

Предмет исследования: звук, полученный в результате преобразования света

Результаты исследования, выводы. Попадая на чёрную поверхность банки световая энергия преобразуется в тепловую. Абсолютно черная поверхность сажи – источник  тепловой энергии, под действием которого нагревается воздух, находящийся в банке. В результате данного процесса воздух начинает «покидать» банку через отверстие в крышке с энергией, соответствующей звуковому диапазону, слышимому человеком.

По результатам эксперимента можно определено сказать, что зависимость между громкостью звука и мощностью лампы накаливания, а следовательно световым потоком существует, так как очевидно, что с увеличением мощности лампы, громкость звукового эффекта увеличится.  

Записав звук с помощью микрофона и посмотрев на запись,  мы заметили, что частота колебаний составляет 100 Гц. А частота переменного напряжения сети, которая питает лампочку, составляет 50 Гц. Мощность нагрева нити накаливания пропорциональна квадрату напряжения, а значит, колеблется с вдвое большей частотой  – 100 Гц. Так же колеблется и освещённость закопчённой стенки банки, что вызывает колебания её температуры. Нагреваясь, стенка банки передаёт тепло воздуху, вызывая локальное повышение его давления, которое распространяется в виде звуковой волны.

Преобразование световых волн в звуковые, позволят: человеку с ахроматопсией распознавать цвета; провести фотоакустическую томографию раковых опухолей; изучить кинетику газофазных химических реакций; передать информации на большие расстояния без потерь с помощью лазерных или инфракрасных лучей.